4
1.2 Квантово – размерные эффекты. Квантовый конфайнмент
Плотность состояний определяет количество энергетических состояний,
которые могут занимать электроны, приходящихся на единичный интервал
энергии. Каждый тип волн обладает конечным числом мод внутри
ограниченного объема и конечным числом частот, волновых чисел и длин волн.
Для квантовой частицы внутри данного объема может существовать конечное
число состояний, которые характеризуются определенными значениями
энергии, импульса, длины волны и волнового числа. Для расчета плотности
состояний можно использовать метод Рэлея. Рассматривая кубический образец,
можно подсчитать, сколько мод лежит в интервале (k, k+dk), при этом длина
стоячей волны принимает определенные значения.
Кванты коллективного колебания или возмущения многочастичной
системы, обладающие определенной энергией и импульсом. Они могут
сталкиваться и взаимодействовать, включая взаимодействие с обычными
частицами. Для квазичастиц с квадратичным законом дисперсии можно ввести
понятие эффективной массы. Они не могут существовать вне среды,
колебаниями которой они являются. Квазичастицы могут иметь дробный
электрический или магнитный заряд. Примеры квазичастиц: электроны в
кристалле, дырки, фононы, экситоны, плазмоны, поляритоны, магноны и др.
Квантовые ямы, квантовые нити и квантовые точки, проявляют эффект
размерного квантования, который приводит к появлению дополнительных
запрещенных зон в энергетическом спектре. При уменьшении размеров
структуры, энергетический спектр становится дискретным. Это приводит к
появлению характерных особенностей в плотности состояний низко размерных
систем. Экспериментально подтверждено, что оптические свойства нано
структур зависят от их размеров и формы. Квантово-размерные структуры
могут быть использованы для создания оптоэлектронных приборов,
использующих квантов размерные эффекты.
Дырки — квазичастица, носитель положительного заряда, равного
элементарному заряду в полупроводниках. В физике твёрдого тела, дырка—это
отсутствие электрона в электронной оболочке. Дырка–это способ описания
коллективного движения большого числа электронов (10²³см⁻³) в не
полностью заполненной валентной зоне. Электрон –это частица, дырка –это
квазичастица. Электрон можно инжектировать из полупроводника или металла
наружу (например, с помощью фотоэффекта), дырка же может существовать
только внутри полупроводника.
Во время разрыва связи между электроном и ядром появляется
свободное место в электронной оболочке атома. Это обуславливает переход
электрона с другого атома на атом со свободным местом. На атом, откуда